EI: 青藏高原大气和雪冰中碳质组分含量、沉降、来源和吸光特征的综述

发布日期:2021-11-29 字体:[ ] 打印:
  近日,国际环境类期刊《Environment International》发表了中科院青藏高原地球科学卓越创新中心/中科院青藏高原所高寒环境质量与安全团队李潮流研究员与美国中央华盛顿大学(Central Washington University)和东北大学(Northeastern University)等单位合作的题为“Carbonaceous Matter in the Atmosphere and Glaciers of the Himalayas and the Tibetan Plateau: An Investigative Review”的研究综述。
  该综述对到目前为止在青藏高原大气和雪冰中碳质组分中一些基本指标的研究进行了回顾和评述。由于碳质组分在青藏高原大气升温和雪冰消融中扮演着重要的角色,目前对这个方向的研究是一个与全球变化密切相关的主题和热点,也已经有大量的数据发表 (图.1b)。但由于青藏高原大气中极低的碳质气溶胶含量及复杂的地表覆被;同时,由于黑碳和有机碳定义的不确定性和多种不同原理的测试方法,导致目前在青藏高原已经报导的一些数据与实际情形存在一定偏差。所以有必要对其中一些基本指标进行一个综合评估,从而探讨目前在这个研究方向上存在的问题和在将来可能的解决方法。
  基于明显不同的气候效应和理化性质,在研究中通常把碳质组分分为有机碳和黑碳。由于对两者区分方法的不同和相对于有机碳较低的黑碳含量,造成目前有些报导的数据,尤其是黑碳的数据存在较大的偏差。因此,有机碳和黑碳的含量和它们的相对比率是碳质组分研究中两个最基本的指标。如果报导的这两个指标数据存在较大的偏差,则会影响到其它所有与建立在这两个指标上相关的工作,诸如化学组分、在大气中的寿命、同位素组成、来源和辐射强迫等的结果。所以该综述首先根据现有的研究方法和存在的影响因素对大气和雪冰中报导的有机碳和黑碳的数据进行了一个重新评估和修正,以使调整后数据更接近实际情形并具有更好的可比性。在此基础上,讨论了黑碳和有机碳的沉降、来源和吸光特征。基本的结论是,尽管远源传输的贡献很大,且青藏高原有些偏远台站的碳质气溶胶含量与严重污染地区相比低很多,但仍然受到台站局地的排放源如公路上的汽车和周边村镇的影响,造成对整个高原面上大气中碳质气溶胶含量的高估 (图.1a);同时,由于干旱的环境和稀疏的地表覆被,局地扬起的粉尘中的无机碳也会造成黑碳和有机碳含量的高估;在假定青藏高原偏远台站和冰川区大气碳质气溶胶组成一致的前提下,通过大气中有机碳的清除速率大于黑碳这一规律,利用监测台站气溶胶中不溶态有机碳与黑碳的比率,验证了冰川区雪冰中已经报导的有机碳与黑碳数据的偏差并讨论了可能的原因;同时,还发现由于局地环境和降水等因素的影响,不同台站黑碳和有机碳的沉降通量之间具有很大的差异,相应地,在青藏高原的冰川区的沉降通量之间差异不大;在青藏高原内部其自身生物质燃烧排放的黑碳对冰川消融的贡献远大于化石燃烧的贡献 (图.2);青藏高原地表源的粉尘对碳质气溶胶中溶解态有机碳的吸光能力有重要的影响,并可影响到其季节变化规律 (图.3)。
  因而,尽管青藏高原被认为是局地人类活动很少的偏远地区,其碳质气溶胶主要受到远源传输的影响,但其自身排放的贡献也不容忽视,这一现象在个别研究点尤为明显。因而,如果将这些数据简单的推广到更大的面积上或整个高原时将会带来较大的偏差。在未来需要选择更具代表性的台站监测,以期获得更高质量的数据,为其它研究比如大气化学模型研究提供更可靠的输入数据。
  本研究获得第二次青藏高原综合科学考察研究专项(2019QZKK0605)、中科院A类战略性先导科技专项(XDA20040501)和自然科学基金项目(41971096, 41630754, 41705132)等资助。
图 1.(a) 青藏高原碳质气溶胶和粉尘来源的示意图. (b) 目前已经开展工作的主要的台站和冰川. 
图 2. 青藏高原典型台站大气(a)和冰川雪冰(b)中黑碳(BC)和溶解态有机碳(WSOC)的化石燃料的贡献及其与主要潜在来源东亚和南亚的对比。
            
图 3. 青藏高原典型台站纳木错、鲁朗和珠峰站碳质气溶胶WSOC的吸光能力(MACWSOC)由于受大气光降解和粉尘含量变化造成的明显的季风期低、非季风期高的季节变化特征。
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